【正文】 ication Technology，University of Wuppertal ?mSi CMOS, 3x5 FPA (readout circuits integrated) mA/W or 150 V/W 650 GHz NEP ~ nW/ Selfmixing Panasonic Corp. （ Tohoku University, Japan (2022)） 68th Device Research Conference 2022, Nano Tgate (80 nm) GaN/AlGaNHEMT R ~ 1100 V/W 1000 GHz. Resonant detection 關于太赫茲探測器的一些最新研究進展 Patch antennas amp。 目前太赫茲光源的輻射功率普遍都比較低，因此發(fā)展高靈敏度、高信噪比 的太赫茲探測技術尤為重要。 ?安全性： 1THz光子的能量為 ，約為 X射線光子能量的 1/100（可用于旅客 的安全檢查）。 1 2 （ 1）接觸電勢 0( ) l n AABBkT nETen?（ 2）溫差電勢 ? ?? ? ? ?? ?00000n( , ) ( l n l n ) ( )TAAA B A BTBBT n TkE T T T T d Te n T n T ??? ? ? ??回路接觸電勢 回路溫差電勢 A B T0 T 接觸電勢 EAB(T) EAB(T0) ? ?0,BE T T? ?0,AE T T知識回顧 太赫茲波探測器的研究背景及意義 ?寬頻性： ~10THz(30um~3mm)。 回路中所產(chǎn)生的電動勢 ， 叫熱電勢 。熱電勢由兩部分組成 ， 即 接觸電勢 和 溫差電勢 。 ?透視性 ： 對非極性物質有很強的穿透能力（對不透明物體進行透視成像）。 ?可用于物質的光譜分析：大量極性分子的振動和轉動能級正好處于 THz波頻段。 Bolometer： K 容易受到各種熱源的干擾 不便于攜帶 Pyroelectric Detector： 低速 Golay cell： 靈敏度較差 探測效率較低 Schottky Diode： THz ~ 1 THz ?Room temperature ?High responsivity ?Low NEP and Highspeed 太赫茲波探測器的研究背景及意義 5 German team （ . Pfeiffer, E. 214。 Nano gate Dipole antenna amp。 模擬設計 設計光刻板，首先從工藝制作上證明單步工藝的可行性，并進行整體器件的加工。 研究方法 自混頻探測的模型及原理 工作原理圖 CMOS or HEMT 0gds dsi G V? （ V ）g g g= c o s= c o s +ds ds ds ds dsggV V V V VV V V V V? ? ? ?? ? ? ? ??? ???????????（ ） （ ）背景電流 光電流 0 g d s 0 g g1+ c o s2d s d si G G V? ? ?? （ V ） V （ V ） V （ ）a. 選用電子遷移率較高的材料 柵控能力 天線耦合效率 天線 收集并增 THz電場跟 HEMT器件的相互作用，進而提高 探測效率。 濾波器 HEMT 器件整體結構 ，清洗，光刻， ICP刻蝕 AL2O3 ，剝離和退火 ，蒸金，剝離，電子束曝光，蒸金，剝離 ，蒸金，剝離制作天線和 pad 工藝流程 chopper 檢測 信號 參考探測器 HRSi BS iT D G S Rg Vg Vds Lockin Amp. Sig. Amp. Ref. A/V 測試裝置圖 測試電路連接示意圖 ? IV ? 電導 ? 跨導 ? ITHzVg ? 響應度 ? 等效噪聲功率 ? 響應頻譜 ? 響應速度 ? 偏振特性 場效應基本特性測試 太赫茲檢測特性測試 BWO: THz~ THz , P~50nW Chopper： 0~4 KHz PE detector: 6x103 V/W 317 Hz 測試及優(yōu)化 測試及優(yōu)化 _無特意設計天線結構 11 ? 驗證測試光路和測試系統(tǒng) 。 ?跟自混頻模型吻合； ?低溫下光電流增加（低溫下電子 的遷移率增加 ) Spad=100 um, Lg=2 um, Lw=8 um, Lds=8um 0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 64 3 2 1 00123456 G (3 0 0 K) G (7 7 K) G (mS)0 . 00 . 40 . 81 . 2 d G / d Vg (3 0 0 K) d G / d Vg (7 7 K)dG/dVg (a.u.) 3 0 0 K 7 7 K f i t (3 0 0 K) f i t (7 7 K) photocurent (nA)Vg (V)90 3 GH zx10 Characterization of a room temperature terahertz detector based on a GaN/AlGaN HEMTH, Journal of Semiconductors. 32, 064005 (2022). Lds=8 um, Lg=2 um, Santenna=20 um x 45 um, Spad= 200 um x 200 um, 雙極子天線器件 三極子蝶形共振天線器件 RV=180 V/W RV=25 V/W 1st step: 雙極子天線 to 三極子蝶形共振天線 Enhancement of Terahertz coupling efficiency by improved antenna design in GaN/AlGaN HEMT detectors, Chinese physics B ,21,10. (2022). 4 3 2 1 00 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 21 . 41 . 6Photocurrent (nA)Vg (V)5 4 3 2 1 00 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0Photocurrent (nA)Vg (V)Rx7 RV=25 V/W RV=180 V/W nanogate (700 nm) 90 um source drain filters Ohmic contacts gate nanogate (700 nm) source drain Ohmic